{"id":62186,"date":"2025-03-25T00:01:48","date_gmt":"2025-03-24T23:01:48","guid":{"rendered":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/?p=62186"},"modified":"2025-03-21T11:45:45","modified_gmt":"2025-03-21T10:45:45","slug":"stamp-3d-druck-kuenstliche-muskeln-250320251","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/stamp-3d-druck-kuenstliche-muskeln-250320251\/","title":{"rendered":"STAMP-Verfahren und 3D-Druck schaffen neue Perspektiven f\u00fcr k\u00fcnstliche Muskeln in Medizin und Robotik"},"content":{"rendered":"

K\u00fcnstliche Skelettmuskeln sind besonders wichtig f\u00fcr die Entwicklung von In-vitro-Modellen zur Forschung von Erkrankungen oder f\u00fcr den Einsatz in biohybriden Robotern. Allerdings gibt es bei der traditionellen Herstellung dieser Muskeln<\/a> einige Schwierigkeiten, da sich 2D-Muskelmonoschichten oft nach wenigen Tagen abl\u00f6sen und nicht f\u00fcr den langfristigen Einsatz oder die Lebendzellbildgebung geeignet sind \u2013 eine Technik, bei der Zellen im lebenden Zustand unter einem Mikroskop oder einer anderen Bildgebungstechnik untersucht werden.\u00a0Aus diesem Grund haben nun Wissenschaftler am Massachusetts Institute of Technology (MIT)<\/a> ein neues Verfahren f\u00fcr k\u00fcnstliches Muskelgewebe, das sich in mehrere Richtungen zusammenzieht und Bewegungen nat\u00fcrlicher Muskeln imitiert, angewendet. In der Studie stellten sie eine mikrotopografische Stempelmethode vor, welche die Ausrichtung von Muskelfasern pr\u00e4zise steuert, und eine besonders wichtige Rolle spielte hierbei die additive Fertigung<\/a>. Potentiell k\u00f6nnten die Muskeln in der regenerativen Medizin<\/a>, der Muskelkrankheitsforschung und der Robotik<\/a> angewendet werden.<\/span><\/p>\n

Das neue Verfahren <\/span>„Simple Templating of Actuators via Micro-Topographical Patterning“ (STAMP)<\/strong> nutzt 3D-gedruckte Stempel, um mikroskopische Rillen direkt in nat\u00fcrlichen Hydrogelen zu strukturieren. Mittels des 3D-gedruckten Stempels werden strukturierte Rillen in ein weiches Hydrogel eingearbeitet. Diese Rillen leiten die Muskelzellen beim Wachstum und sorgen daf\u00fcr, dass sie sich zu funktionalen Fasern ausrichten, die sich in unterschiedliche Richtungen zusammenziehen k\u00f6nnen. Aber wie genau l\u00e4uft das Verfahren ab? In einem ersten Schritt werden die 3D-gedruckten Stempel hergestellt. Diese passen in 24-Well-Platten und besitzen feine vertikale Rillen (12,5\u2013125 \u03bcm). Danach werden die Stempel in einem Halter mit Blasenfreigabe fixiert, und anschlie\u00dfend wird eine Fl\u00fcssigkeit aus Fibrinogen und Thrombin in die Wells gegossen. Das Ganze wird bei 37\u202f\u00b0C etwa eine Stunde inkubiert, sodass das Fibrin zu einem vernetzten Hydrogel polymerisiert. Nach dem Entfernen des Stempels zeigt das Hydrogel eine pr\u00e4zise, regelm\u00e4\u00dfige Rillenstruktur und eine glattere Oberfl\u00e4che, was die Bedingungen f\u00fcr die Zellkultur verbessert. Die Stempel werden vor der Anwendung sterilisiert und k\u00f6nnen nach Reinigung mehrfach wiederverwendet werden.<\/span><\/p>\n

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Oben links: CAD-Modell des Mikrostempels und Halters. Oben rechts und unten: resultierende 3D-gedruckte Teile.<\/p><\/div>\n

Um die Methode zu testen, entwickelten die Forscher eine k\u00fcnstliche Iris, die einem biohybriden Aktuator \u00e4hnelt, der nachahmen soll, wie die Pupille des menschlichen Auges sich ausdehnt und zusammenzieht. Die Struktur wies zwei Muskelfaserausrichtungen auf: Eine bildete konzentrische Kreise, und die andere strahlte nach au\u00dfen. Beide arbeiteten zusammen, um als Reaktion auf Lichtstimulation Kontraktionen zu erzeugen, und zeugten von einem Grad an Koordination, der bei k\u00fcnstlich hergestelltem Muskelgewebe normalerweise schwer zu finden ist. Wichtig zu beachten ist, dass nat\u00fcrliche Muskelfasern nicht in perfekten geraden Linien wachsen, sondern ihre Ausrichtung im K\u00f6rper variieren, was ihnen einen gr\u00f6\u00dferen Bewegungsspielraum verschafft. K\u00fcnstliche Muskeln<\/a> hingegen werden oft durch Zugkraft in eine Richtung eingeschr\u00e4nkt \u2013 eine Einschr\u00e4nkung, die komplexe Bewegungen in biohybriden Aktuatoren erschwert. Mit STAMP l\u00e4sst sich das Muskelwachstum jedoch gezielt steuern, sodass das k\u00fcnstliche Gewebe funktionell dem echten biologischen Vorbild n\u00e4herkommt. Zudem best\u00e4tigte die computergest\u00fctzte Modellierung<\/a>, dass sich die mit STAMP gez\u00fcchteten Muskelfasern koordiniert und multidirektional zusammenziehen \u2013 eine Vorhersage, die durch die experimentellen Tests untermauert wurde.<\/span><\/p>

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Die Anwendung des 3D-Drucks<\/a> bietet einige Vorteile, vor allem aber sorgt er f\u00fcr die Zug\u00e4nglichkeit des Stempelverfahrens, denn dank der additiven Fertigung k\u00f6nnen mikroskopisch kleine Rillen gedruckt werden, die exakt den Abmessungen der Muskelzellen entsprechen. Dar\u00fcber hinaus ist das Verfahren kosteng\u00fcnstig, einstufig anwendbar und erm\u00f6glicht pr\u00e4zise Ausrichtungen. Au\u00dferdem sind die 3D-gedruckten Stempel durch einfache Ultraschallreinigung wiederverwendbar, was den Prozess nachhaltiger gestaltet. Zwar konzentrierte sich die Studie auf Skelettmuskeln, jedoch sei die Methode nicht auf einen Zelltyp beschr\u00e4nkt, und die Forscher sind der Meinung, dass das Verfahren f\u00fcr Neuronen, Herzmuskelzellen und anderes Gewebe angepasst werden k\u00f6nnen.<\/span><\/p>\n

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(a) CAD-Design eines Mikrostempels mit 25 \u03bcm breiten Rillen zur Nachbildung der Iris-Muskeln; (b) Maus C2C12-Zellen auf Fibrin mit iris\u00e4hnlichem Muster; (c) Schematische Darstellung der Iris-Regionen und Muskelkontraktionen.<\/p><\/div>\n

Zuk\u00fcnftig sehen die Forscher auch Anwendungen au\u00dferhalb der Medizin, beispielsweise um energieeffiziente Alternativen zu mechanischen Komponenten in der Softrobotik<\/a> zu entwickeln, also in Umgebungen, wo Flexibilit\u00e4t wichtig ist und Roboter so anpassungsf\u00e4higer gemacht werden k\u00f6nnen. Mehr dar\u00fcber erfahren Sie HIER<\/a>.<\/span><\/p>\n

Was halten Sie von dem STAMP-Verfahren und dem 3D-Druck f\u00fcr die Herstellung von k\u00fcnstlichen Muskeln? Lassen Sie uns dazu einen Kommentar da, oder teilen Sie es uns auf\u00a0Facebook<\/a>\u00a0oder\u00a0LinkedIN<\/a>\u00a0mit. Wenn Sie mehr zum 3D-Druck in der Medizin lesen m\u00f6chten, schauen Sie auf unserer\u00a0Landing Page<\/a>\u00a0vorbei. M\u00f6chten Sie au\u00dferdem eine Zusammenfassung der wichtigsten Neuigkeiten im 3D-Druck und der additiven Fertigung direkt und bequem in Ihr Postfach erhalten? Dann registrieren Sie sich jetzt f\u00fcr unseren\u00a0w\u00f6chentlichen Newsletter<\/a>.<\/p>\n

*Alle Bildnachweise: MIT und Biomater. Sci<\/i><\/em><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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